摘要：2001年7月在世界知名海岸水利工程建設的荷蘭王國連續(xù)舉辦了兩個直接與水科學有關的大型國際科學大會。一個是7月10-13日在荷蘭阿姆斯特丹(Amsterdam)由國際地圈生物圈計劃(IGBP)、國際人文計劃(IHDP)和世界氣候研究計劃(WCRP)聯(lián)合舉辦的“全球變化科學大會(Global Change Open Science Conference)”。

　　關鍵詞：全球變化,水文科學,新進展挑戰(zhàn)

　　一. 引 言

　　水是生命之源，水是支撐地球社會經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展不可替代的資源。但是，由于全球變化、人類活動的負面影響，地球上水的循環(huán)在發(fā)生變化，許多地區(qū)正在發(fā)生嚴重的水的問題與危機，如洪水、干旱和江河水體污染，而成為限制國家河區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關鍵性因子，水科學問題也成為國際地球科學發(fā)展中的一個重要方面。

　　國際地圈生物圈計劃(IGBP)是國際著名的全球變化科學研究計劃，受到國際地球科學屆廣泛的關注和參與。在跨入2000后的IGBP首次重要國際學術活動-“全球變化科學大會”云集來自國際的100多個國家的全球變化研究的專家學者、管理者約1600多人。大會主題是：一個變化的地球的挑戰(zhàn)(Challenges of a Changing Earth)。中國派出以科學院為主體的約60多人的代表團，進行學術交流和討論，其中除了碳循環(huán)和土地覆被變化是大會主要議題外，水循環(huán)及水資源是大會重要內容之一。

　　另一個是7月18-27日在荷蘭的馬絲特里特(Masstricht)舉行的第6屆國際水文科學大會。(The 6th Scientific Assembly of the International Association of Hydrological Science)。這是一次專門針對國際水文科學進展的回顧和研討大會，來自國際60 多個國家的500名代表出席了大會。第6屆國際水文科學大會的主題是：一個干旱地球新的水文學(A New Hydrology for a Thirsty Planet)。

　　受國家自然科學基金委員會地球科學部的部分資助，筆者應邀參加這兩個大會，并擔任第6屆國際水文科學大會第二學術研討會的分會主席。本文是對這兩個國際會議中關于水科學研究進展的綜述，希望介紹水科學方面一些新的進展，提出我國對國際水科學的貢獻和存在的問題與挑戰(zhàn)。

　　二.全球變化與水文科學問題

　　全球環(huán)境變化(簡稱全球變化)是目前和未來人類和社會發(fā)展面臨的共同問題。全球變化既包涵全球氣候變化又包括了人類活動造成環(huán)境變化的影響。了解自然變化和人類活動的影響是國際地球科學發(fā)展最為關系的問題。

　　7月10-13日在荷蘭阿姆斯特丹舉辦的“全球變化科學大會”，內容十分豐富。但都圍繞有兩大主專題，即：(1)一個不斷變化的地球的挑戰(zhàn)：對全球變化的科學理解。(2)展望未來：地球系統(tǒng)科學與全球可持續(xù)性。大會邀請若干專家學者做報告，在大會研討中設立一系列專題研討會和招貼展示論文。

　　大會專題報告內容有：

　　·一個不斷變化的地球的挑戰(zhàn)：對全球變化的科學理解(Berrien Moore )

　　·土地變化的集中性與復雜性：虛構與現(xiàn)實(B.L.Turner)

　　·氣候變化與海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學：可持續(xù)資源利用的內涵(Michael J.Fogarty)

　　·21世紀中的糧食：全球氣候的差異性(Machendra Shah)

　　·人類時期的大氣化學(Paul J.Crutzen)

　　·火與薄霧：東南亞空氣質量的社會與政治因素上的不均性(Simon S.C.)

　　·海洋和陸地碳動力學(Ian R.Noble)

　　·碳與科學政策的聯(lián)系：京都的挑戰(zhàn)(Robert T.Watson)

　　·對CO2挑戰(zhàn)的工業(yè)響應(Charles Nicholson)

　　2.水與全球變化的關聯(lián)：世紀資源的挑戰(zhàn)?(Leena Srivaatava)。

　　·我們會有足夠的高質量的水嗎?(Hartmut Grassl)

　　·水會滿足人們的需要嗎?(Peter D.Tyson)

　　·大壩對漁業(yè)的影響：三峽大壩實例研究。Chen-Tung Arthur Chen 教授，臺灣，國家Sun Yat-Sen 大學，海洋地理和化學學院。

　　·澳大利亞大陸上的水，碳和氮：氣候和土地利用變化的影響(Michael Raupach )

　　3.全球生物地球化學：星球新陳代謝系統(tǒng)的理解(Pamela Matson)

　　·海洋生物地球化學：變化的海洋(David M.Karl)

　　·陸地上碳的過去、現(xiàn)在和未來(Robert J)

　　·大氣酸雨、臭氧損耗和氣候變化的案例分析(Oran R.Young)

　　4.陸地—海洋的交互作用：區(qū)域與全球的聯(lián)系。(Roger Harris)

　　·生物地球化學的交互作用與反饋(Tim Jickells)

　　·沿海地區(qū)的全球變化：東南亞的實例研究(Liana Talaue-McManus)

　　5.氣候系統(tǒng)：預報、變化和可變性

　　·以前和以后的氣候變化：我們究竟去何處(Thomas F.Pedersen)

　　·氣候變化的1000年(Raymond S.Bradley)

　　·正在變化的寒區(qū)：高緯區(qū)全球變暖的影響(Oleg Anisimov)

　　·耦合氣候系統(tǒng)：可變性和可預測性(Antonio J.Busalacchi)

　　6.土地利用變化的熱點地區(qū)和地球系統(tǒng)：區(qū)域和全球的聯(lián)系

　　·陸地表面與氣候有聯(lián)系嗎?北非：撒哈拉沙漠;

　　·東南亞1：理解變化的亞洲季風系統(tǒng)：大規(guī)模植被和土地利用在水循環(huán)和氣候中的作用

　　·東南亞2：人類引導的陸地覆蓋的變化能對亞洲季風有多大的改變?

　　·亞馬遜河流域和土地利用的變化：未來能平衡嗎?

　　·陸地表面與氣候有聯(lián)系嗎?一種綜合。

　　7.模擬和觀測地球系統(tǒng)(David Carson)

　　·處理地球系統(tǒng)的復雜性和不確定性(H.J.Schellnhuber)

　　·監(jiān)視地球系統(tǒng)的短期不穩(wěn)定性和長期的趨勢：一個空間的挑戰(zhàn)(Jose Achache)

　　·虛擬現(xiàn)實的過去、現(xiàn)在和未來(John Mitchell)

　　8.地球系統(tǒng)需要生物多樣性嗎?(Anne Larigauderie )

　　·為什么地球系統(tǒng)科學需要海洋生物多樣性?(Katherine Richardson)

　　·生物多樣性是如何影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的過程與功能(Sandra Diaz)

　　9.科技能夠補償星球嗎?(Mike Brklacich )

　　·自然的回歸：為什么和怎樣進行(Jesse H.Ausubel)

　　·工業(yè)變革：生產(chǎn)與消費中的探測系統(tǒng)變化(Pier Vellinga)

　　10.面向全球可持續(xù)性(Hans Opschoor)

　　·區(qū)域和全球可持續(xù)性的挑戰(zhàn)和障礙(Julia Carabias)

　　·轉向可持續(xù)性的研究系統(tǒng)(William C.Clark)

　　·可持續(xù)性科學起源討論：什么是可持續(xù)性科學?為什么要可持續(xù)性科學?(Jane Lubcheno)

　　·可持續(xù)科學和氣候變化(Bert Bolin)

　　·重新概念化自然-社會的交互作用：將環(huán)境和發(fā)展結合起來理解(Robert W.Kates)

　　·雅基盆地資源的可利用性、脆弱性和持續(xù)性：環(huán)境與社會交互作用中不可持續(xù)的發(fā)展趨勢(P.A.Matson)

　　·人與環(huán)境相互作用的脆弱性：尤卡坦南部事例(B.L.Turner)

　　·各學科間的可持續(xù)性科學(Robert W.Corell)

　　大會專題討論內容十分豐富，有：A1-全球碳循環(huán);A2-大城市與全球變化;A3-南厄爾尼諾的擺動同過去、未來氣候變化的聯(lián)系;A4-地球系統(tǒng)的演化;A5-生物多樣性的全球變化;A6-全球變化與火;A7-海岸區(qū)人類活動;B1-食品生產(chǎn)和環(huán)境間的平衡;B2-理解土地利用的變化，以致重建、描述或預測土壤覆蓋度;B3-冰雪層和全球變化：制度和指標;B4-地球系統(tǒng)分析;B5-陸地生物圈與全球變化;B6-社會轉化過程;B7-海洋與氣候變化;C1-水資源對環(huán)境變化的脆弱性：一種系統(tǒng)方法;C2-把人放入地球系統(tǒng)中：受害者或是破壞者，擾亂者或是解決者? C3-大氣和全球變化; C4-全球變化非線性變化和驚訝;C5-生態(tài)系統(tǒng)管理可持續(xù)發(fā)展的展望; C6-科學和政策過程：IPCC ;C7-全球變化與山地區(qū)。

　　大會報告集中在水科學問題的主題有：全球變化中的水問題-21世紀資源的挑戰(zhàn)，尤其值得提到的是7月12日下午，大會專門針對水循環(huán)水資源問題，舉行了“環(huán)境變化的水資源脆弱性系統(tǒng)分析”學術研討會。WCRP/GEWEX北美主席、美國地理學會水文專業(yè)委員會主席、亞利桑那大學水文水資源系的Soroosh Sorooshian教授介紹“WCRP/GEWEX和SAHRA計劃中水問題的研究：半干旱區(qū)流域水文循環(huán)與可持續(xù)性”。 德國的Charles Vorosmarty 教授報告了“地球系統(tǒng)科學對全球水評估的貢獻”。Wolfram Mauser教授研討歐洲GLOWA項目的核心“完整的流域管理”經(jīng)驗。Joseph Alcamo 教授指出全球“水危機區(qū)與脆弱性”。Jim Wallace 教授強調“防洪安全與水資源問題”。Claudia Pahl-Wostl教授研討“面向社會經(jīng)濟可持續(xù)性：水管理部門職能的轉變過程挑戰(zhàn)”。三.水文科學與水資源安全

　　7月18-27日第6屆國際水文科學大會在荷蘭的馬絲特里特(Masstricht)舉行。大會對過去水文水資源研究進行總結，對未來水文科學的發(fā)展進行展望。會議由4個專題學術大會(Symposium，簡寫為S)和6個學術研討會(Workshop，簡寫為W)組成。會議主要集中在水文科學基礎研究和社會經(jīng)濟發(fā)展與水資源研究兩個方面：

　　1. 水文學基礎研究

　　S4. 土壤-植被-大氣轉化方式和大尺度水文模擬

　　WS4. 高山地區(qū)水文過程與冰圈作用

　　WS2. 水文長期變化與氣候影響

　　S3. 人類活動對地下水動態(tài)的影響

　　WS6. 海岸濕地水文的演化

　　2. 社會經(jīng)濟發(fā)展與水資源研究

　　S1. 社會經(jīng)濟發(fā)展與水危機

　　S2. 區(qū)域水資源管理

　　WS1. 全球變化與洪水預報

　　WS3. 信息技術在可持續(xù)水管理的作用

　　WS5. GIS & RS在土壤侵蝕和水質變化的應用

　　特別需要指出，由于全球變化、社會經(jīng)濟發(fā)展，水資源問題愈來愈突出，給水文科學研究提出新的課題，即變化環(huán)境下的水資源形成與演化規(guī)律問題。IAHS會議的S1-S2，主要研討這些國際國家和區(qū)域尺度急迫的問題。關于S1和S2的研討內容題目摘錄如下：

　　S1：水脅迫下的社會經(jīng)濟發(fā)展(E . Servat)

　　水源豐富，資金缺乏，水工業(yè)能否繼續(xù)生存尚未可知。

　　·健康部門希望從水文學家那兒得到什么?

　　·河流生態(tài)系統(tǒng)的研究和管理中對水文數(shù)據(jù)的需求。

　　·多學科綜合研究—對水危機的響應。

　　·食物保障中的水資源及管理。

　　·洪水控制與城市排水系統(tǒng)管理。

　　·全球水協(xié)作計劃

　　S2 區(qū)域水資源管理

　　S2-1 過去水管理的經(jīng)驗與教訓(A. Schumann M.C.Acreman，M.Marino)：

　　·可持續(xù)發(fā)展的度量及其在實際水管理計劃中的實現(xiàn)。

　　·可持續(xù)水庫發(fā)展—津巴布韋實例研究。

　　·Yamuna 河流域的可持續(xù)區(qū)域水管理：Delhi區(qū)域的實例研究。

　　·Limpopo河：逐步走向可持續(xù)發(fā)展和一體化的水資源管理。

　　·中國新疆博斯騰湖流域的水資源可持續(xù)性發(fā)展管理經(jīng)驗的啟示。

　　·印度干旱地區(qū)過去管理實踐經(jīng)驗總結。

　　·水壩功能新探——一個不應忽略的問題。

　　·Dehli區(qū)域水資源管理的一體化進程：問題與展望。

　　·北尼日利亞半干旱區(qū)域的Hadejia河上建壩的影響：對未來管理的建議。

　　·可持續(xù)發(fā)展的特征及供水管理模型。

　　·澳大利亞富營養(yǎng)化進程的現(xiàn)階段研究。

　　·城市水計劃書——印度班加羅爾的實例研究。

　　·水資源系統(tǒng)中相對可持續(xù)發(fā)展實現(xiàn)的框架。

　　S2-2 可持續(xù)發(fā)展與水資源管理 (夏軍，D.Rosbjerg，G.Schultz )

　　·為保護水生態(tài)系統(tǒng)的整合水質與水量的數(shù)學生態(tài)模型的發(fā)展。

　　·歐洲地下水可持續(xù)發(fā)展管理的指導方針。

　　·清除河岸異生植被是否為一種有效的水資源管理策略。

　　·地表水和地下水的聯(lián)合管理。

　　·河流管理可視化中的變換系統(tǒng)邊界。

　　·改善環(huán)境中被忽視的因子——監(jiān)控。

　　·加入風險基金平衡流域經(jīng)濟、社會、環(huán)境壓力之間的沖突。

　　·使用風險分析提高水資源系統(tǒng)模型的效率和精度。

　　·整合水資源管理中的角色分配。

　　·Volta流域的水資源競爭。

　　·復雜水環(huán)境管理中的空間適應方法。

　　S2-3 水資源管理的方法 (R.Davis，S.Walker )

　　·流域水平上的水資源管理整合模型。

　　·提高以決策支持系統(tǒng)為基礎的模型的精度——水管理中的一種好的建模實踐。

　　·持續(xù)性水系統(tǒng)的水力學標準。

　　·人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)的河流洪水預報。

　　·氣候變化影響評估中的不確定因子的概率特征。

　　·研究城市化 對區(qū)域水資源影響的一種流域水文模型。

　　·水、氮循環(huán)的一種大尺度評估模型——在Elbe河流域的基礎研究。

　　·基于地形學和土壤水文學的濕地 重建計劃方法的發(fā)展。

　　·英格蘭西南部Dartmour地區(qū)放牧對水文的影響。四. 21世紀水文科學的發(fā)展機遇與展望

　　傳統(tǒng)的水文學研究只考慮水量的自然變化，現(xiàn)代水文循環(huán)需要考慮地球生物圈、全球變化以及人類活動等方面的影響。國際地圈生物圈計劃(IGBP)代表國際地球學科發(fā)展前沿，水文循環(huán)的生物圈方面 (Biosphere Aspects of Hydrological Cycle，簡稱BAHC)是IGBP的核心之一。它注重陸面生態(tài)-水文過程與空間格局的變化規(guī)律和受人類活動影響的關鍵問題，以科學地解釋：植被是如何與水文循環(huán)的物理過程相互作用的?改變陸面生態(tài)過程的直接原因是什么?是大尺度人類活動改變了陸面覆蓋?還是大氣中二氧化碳濃度增加的緣故?這些影響變化的水文后果如何?通過這些研究，為認識自然變化和人類活動影響下的土地利用/土地覆被變化與陸地表層生命物質過程，評估人類對生物圈的影響，保護環(huán)境和資源可持續(xù)利用提供科學的基礎依據(jù)。

　　通過7月在荷蘭舉行的IGBP和IAHS國際學術大會可以清楚看出，變化環(huán)境(即全球變化與人類活動影響)下的水文循環(huán)研究成為21世紀水科學研究的熱點。根據(jù)二十一世紀IGBP發(fā)展方向，國際上的BAHC研究重點也相應地進行了調整，主要有以下8個方面：

　　·小尺度水、熱、碳通量研究;

　　·地下過程作用的評價;

　　·陸地-大氣相互作用的參數(shù)化;

　　·區(qū)域尺度土地利用與氣候的相互作用;

　　·全球尺度植被與氣候的相互作用;

　　·氣候變化和人類活動對流域系統(tǒng)穩(wěn)定與傳輸?shù)挠绊?

　　·山區(qū)水文學與生態(tài)學;

　　·開發(fā)全球數(shù)據(jù)集;

　　此外，還有兩個交叉研究問題：

　　·設計、優(yōu)選和實施綜合的陸地系統(tǒng)實驗;

　　·情景發(fā)展與風險/脆弱性分析。

　　變化環(huán)境下的水文循環(huán)及其時空演化規(guī)律研究，是國際國內地學領域積極鼓勵的創(chuàng)新研究課題。結合土地利用/土地覆被變化與陸地碳循環(huán)過程的水循環(huán)研究，是一個新的交叉方向。研究的熱點問題有：

　　問題1：全球變化與水文循環(huán)問題

　　它需要研究回答：全球變化對區(qū)域水循環(huán)規(guī)律?過去對氣圈-水圈-生物圈的相互聯(lián)系/作用是如何認識?現(xiàn)在又是如何認識水資源的演變?其規(guī)律是什么?

　　值得指出的是，過去在氣候系統(tǒng)與陸地水文循環(huán)之間存在一個誤區(qū)，即長期以來,水文學者把氣候看作是靜態(tài):一個地區(qū)的氣候是指某種統(tǒng)計的平衡,WMO規(guī)定系列30年的平均作為準平均,用極差/標準差描述氣候變異。對陸地水文過程研究方面，認為長序列水文均值是穩(wěn)定不變的，年徑流出現(xiàn)的豐、枯現(xiàn)象，被看作圍繞均值的周期變化。水利(水資源)工程設計：要求的水文計算都是以幾十年-幾百年時間尺度的水文過程穩(wěn)定不變?yōu)榍疤?。未來被看作是過去的重復或外延。例如，水資源的保證率有W75% ，W50% 等;設計洪水有千年設計和萬年校核等。另一方面，在氣候/天氣過程研究中，長期以來 氣候學者把陸地水文看作是靜態(tài)，氣候/天氣過程研究僅僅到降水為止，較少研究流域水文循環(huán)動力機制與反饋作用。例如， 天氣模式研究中僅設置若干參數(shù)代替水文過程變化和空間分布，認為陸面水文-生態(tài)的作用也是穩(wěn)定不變的。例如，許多GCMs對水文循環(huán)作用過程考慮相當粗糙,平面無徑流聯(lián)系與循環(huán)過程。但是，現(xiàn)在人們業(yè)已認識：一個地區(qū)的氣候 /水文循環(huán)過程并不處在統(tǒng)計的平衡狀態(tài)，而是以不同尺度變化(年際、十年際、百年際-千/萬年際變化)。決定氣候變化因子不僅僅是大氣內部的過程，還有大氣上邊界(太陽行星系統(tǒng))和下邊界(陸地水文-生態(tài)、海洋系統(tǒng))的各種物理化學過程。20世紀科學研究與進展顯示：陸面生態(tài)系統(tǒng)對大尺度水文循環(huán)有十分重要的反饋作用。因此，全球變化對水文水資源的影響是21世紀水文科學研究的前沿問題之一。因此，特別需要大力加強水文學家與大氣物理學家的聯(lián)系與合作，積極開展“全球-陸地-區(qū)域-流域尺度水文循環(huán)”科學基礎的研究。